PLC和PAC的較量 誰會是最后的王者？

　　全球化正在從根本上改變行業(yè)領導者如何制定商業(yè)目標。這些目標包括，提升工廠和設備利用率，產(chǎn)量，產(chǎn)品質(zhì)量，可用性，安全性，以及帶來績效，極大地影響自動化的資本投資。自動化供應商，特別是PLC和基于PLC的PAC供應商在這樣的環(huán)境中發(fā)展形勢看好，這些產(chǎn)品被廣泛地應用于工業(yè)領域，幫助企業(yè)面對提高生產(chǎn)力，降低產(chǎn)品成本，降低工廠運營費用以及提高投資回報率。

　　PAC產(chǎn)生的背景

　　目前很多現(xiàn)代化的工業(yè)應用需要更多的功能要求，如網(wǎng)絡連接、設備互用、企業(yè)數(shù)據(jù)集成等，這些都遠遠超過了傳統(tǒng)的、基于離散-邏輯控制的PLC所能提供的功能。想要基于PLC的系統(tǒng)實現(xiàn)這些功能，必須用單獨的處理器、網(wǎng)關或轉換器、運行于獨立PC的軟件中間件以及企業(yè)系統(tǒng)級的專用軟件進行綜合系統(tǒng)集成。

　　然而，隨著工業(yè)用機器和工廠系統(tǒng)的復雜性的增加，PLC已經(jīng)很難而且也不可能成為完成所有自動化任務?，F(xiàn)在的自動化系統(tǒng)已經(jīng)超越了PLC的功能范圍，使得工業(yè)機器領域的工程師必須在自動化系統(tǒng)中集成更多更先進的I/O、處理和控制策略。

　　新的可編程自動化控制器(PAC)硬件系統(tǒng)就是這樣一個非凡的PLC系統(tǒng)擴展方案，能夠很容易整合到PLC系統(tǒng)中，給工業(yè)機器增加更多的先進功能，并提高機器的效率。

　　不過PLC歷史已久，在1969年就已問世，當時PC技術尚未成形，制造現(xiàn)場的整合概念也不多，因此自動化系統(tǒng)多為單獨運作(StandAlone)，1980年PC技術開始起飛，PCBased在20世紀末期開始跨入自動化領域，由于PC已是企業(yè)作業(yè)的標準平臺，利用PC的高相容性來將作業(yè)現(xiàn)場與企業(yè)e化系統(tǒng)整合，已成制造業(yè)系統(tǒng)建置重點之一。

　　PCBased在自動化應用初期被PLC陣營高度質(zhì)疑，至今市場上仍有相關疑慮，主要問題有三點：

　　1.穩(wěn)定性─PC作業(yè)系統(tǒng)向來給人穩(wěn)定性不足的印象，不能做為控制之用。

　　2.可靠性-PC使用非工業(yè)強化元件，容易發(fā)生當機的情形。

　　3.程式設計環(huán)境不熟悉-工廠操作員必須有能力掌控系統(tǒng)，以便進行維護或故障排除。使用階梯邏輯時，他們可以手動強迫1個線圈到達需要的狀態(tài)，并迅速修補受影響的程式碼，以便迅速控制系統(tǒng)，但是PC系統(tǒng)要求操作員學習更新、更高階的工具。

　　不過在整合層面的考量下，也有工程師將PLC配合PC使用，以進行資料記錄、連接至條碼掃瞄器、將資料加入資料庫，以及將資料公布至網(wǎng)站之故。這種架構最大的問題在于，這些系統(tǒng)往往難以組裝、故障排除及維護。系統(tǒng)工程師往往必須處理整合不同廠商間的軟硬體，然而這些設備在設計時并未考量到整合面，因此在系統(tǒng)整合時會遇到相當大的問題。

　　PAC的五大控制特性

　　為解決PLC與PCBased的整合問題，美國研究機構ARC提出了PAC架構，PAC英文全名是AutomationResearchCorporation，中文則是可程式自動化控制器，美國國家儀器(NI)指出在ARC透過軟體功能的定義，來列出PAC的五大控制特性，包括：

　　1.多領域的功能性。在1個平臺上至少有2種功能，包括邏輯、運動、PID控制、磁碟以及處理，除了部份在I/O上做變動以配合特殊協(xié)定之需要外，邏輯、運動、處理，以及PID，都只是軟體的1個函數(shù)。

　　2.單一的多元化開發(fā)平臺，結合一般標簽及單一資料庫，以存取所有的參數(shù)及功能。由于PAC是為了高階應用而設計的，因此它們需要更先進的軟體。為了讓系統(tǒng)設計更有效率，軟體必須是一款單一整合軟體套件，而不是未經(jīng)處理、無法合作無間的分散式軟體工具。

　　3.透過處理跨越多部機器或處理元件之資料流，并配合IEC61131-3、使用者導引，以及資料管理，使之能夠完成設計的軟體工具。另外一個簡化系統(tǒng)設計的元件是高階圖形化開發(fā)工具，它能夠輕易將工程師對于過程的概念轉變成實際控制機器的程式碼。

　　4.反應出工業(yè)應用環(huán)境的開放、模組化架構，從工廠中的機器配置到處理廠中的元件操作皆含括在內(nèi)。由于所有工業(yè)應用都需要大量的自訂功能，因此硬體必須提供模組化功能，工程師可以選擇適用的元件。軟體必須讓工程師能夠增加及移除模組，以設計所需的系統(tǒng)。

　　5.采用實質(zhì)標準做為網(wǎng)路界面、語言等，例如TCPIP、OPC&XML以及SQL查詢。對于現(xiàn)代控制系統(tǒng)而言，和企業(yè)網(wǎng)路的通訊是非常重要的。雖然PAC含有乙太網(wǎng)路連接埠，但是通訊用軟體是與機構其它部份順利進行整合的關鍵。

　　PAC融合PLC與PCBased兩種技術，在PC層面，會大量應用嵌入式技術，擁有使用軟體來定義硬體的能力就是其一，PAC將采用FPGA作為控制元件，F(xiàn)PGA是消費性電子廠商用來制作客制晶片常用的電子元件，可使設備中重設組態(tài)邏輯電路，執(zhí)行多種功能，用于連接功能區(qū)塊的可程式接點，以及將資料輸入及輸出晶片的I/O區(qū)塊。只要定義可重設組態(tài)邏輯電路的功能，以及彼此之間和I/O間的連接方式，電子設計者就可以創(chuàng)造客制晶片，而不需要生產(chǎn)客制的ASIC。FPGA就像擁有1部可以重新布署內(nèi)部電路以執(zhí)行特定應用程式的電腦。

　　過去只有熟悉低階程式設計語言(如VHDL)的硬體設計師才能運用FPGA技術。但之后系統(tǒng)控制工程師可以利用PC軟體撰寫程式如NI的LabVIEWFPGA來建立客制控制運算法，將下載至FPGA晶片。此功能讓工程師得以將執(zhí)行上對時間極度要求的功能結合至硬體中，例如極限開關及鄰近感測器的偵測以及健康狀態(tài)監(jiān)視的應用等。由于控制程式直接在晶片中執(zhí)行，因此工程師可以迅速建立具備客制通訊協(xié)定或高速控制回路的應用程式。

　　有業(yè)內(nèi)人士在談到價值時表示，PAC的所有部件均按軟件和硬件集成最靈活、最方便、成本最低為出發(fā)點，因此它是跨機械自動化、電氣自動化、儀表自動化、計算機等專業(yè)的。這些特點使最終用戶獲得以下收益：設備的生命周期成本較低，資產(chǎn)的投資回報率提高，資產(chǎn)所有者總成本下降。

　　雖然部份PLC廠商認為，PAC仍屬于PCBased產(chǎn)品，只是換了另一種包裝，但就市場整體面來看，PAC的確已逐漸成形，包括西門子在內(nèi)的大廠，均已紛紛推出產(chǎn)品，未來嵌入式技術將會被大量應用在PAC，成為自動化系統(tǒng)的重要技術之一。

　　PLC和PAC的功能比較與性能分析

　　PAC與PLC廣泛應用于工業(yè)自動化中，兩者孰優(yōu)孰劣，下面從成本，高級功能，外形結構，控制器，I/O和軟件等幾個方面的特征作分析。

　　1、成本-哪種更經(jīng)濟

　　采用了單一的控制器節(jié)省了成本。它具有單一的控制器和機箱，可用于處理數(shù)字和模擬I/O，具有運動、視覺功能和模塊化儀器，因此不再需要花錢購買多個控制器。正因為如此，如果需要控制系統(tǒng)具有多種功能，如視覺或模塊化儀器，那么采用PAC將是最為經(jīng)濟的選擇。

　　2、多功能實時控制的高級功能

　　過程控制進行優(yōu)化的高級控制

　　由于能源或材料的成本很高的，對過程控制來說，工程師往往要對PID控制算法要進行優(yōu)化，以最大程度地減少浪費。這些算法常常采用如模糊邏輯或神經(jīng)網(wǎng)絡等控制設計技術，從而可以最大限度地降低過程控制的穩(wěn)定時間。傳統(tǒng)的PLC所能實現(xiàn)的PID控制算法并沒有為特定的過程控制進行優(yōu)化，若采用高級的控制算法不僅需要強大的浮點處理器，而且還要占用大量的內(nèi)存，但若使用PAC平臺則可以滿足過程控制進行優(yōu)化的要求。

　　監(jiān)控的實時分析

　　對機器運行進行監(jiān)控的系統(tǒng)中，需要實時采集來自模擬或數(shù)字I/O通道的數(shù)據(jù)，從而能有效地檢測故障狀態(tài)。則可能需要進行實時的階次跟蹤和振動分析等復雜工作才能有效地檢測機器的狀況。然而對于這些應用，則可以使用PAC的高效平臺來進行實時地分析工作。

　　控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡連接

　　利用來自廠房內(nèi)的實時數(shù)據(jù)，操作人員可以在控制室內(nèi)根據(jù)所得的信息制定決策。然而，要使控制系統(tǒng)具有輸出現(xiàn)場數(shù)據(jù)的功能是很困難的。企業(yè)系統(tǒng)一般采用標準的ODBC，ADO和XML以獲得來自自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。PLC只能通過標準的OPC進行通信，這意味著需要增加一臺PC來采用OPC獲取數(shù)據(jù)并使用如ODBC(開放數(shù)據(jù)厙互連)、ADO(數(shù)據(jù)自動化設計)和XML(可擴充描述語言)這樣的標準把數(shù)據(jù)傳送給企業(yè)。為了能有效地把現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳送到ERP系統(tǒng)中，控制系統(tǒng)必須能直接和外部數(shù)據(jù)庫通信，據(jù)此，完全可以使用PAC來完成這些工作。

　　網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)對數(shù)據(jù)加密

　　在把控制系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡連接時，是需要考慮安全問題的。出于安全的利益，許多廠商選擇不把自動化系統(tǒng)和企業(yè)數(shù)據(jù)庫相連，但是對于大多數(shù)廠商而言，連接所帶來的好處要遠大于安全方面的顧慮。盡管可以對PLC加鎖來防止他人入侵工廠的網(wǎng)絡，但是由于PLC通過以太網(wǎng)發(fā)送非加密包，所以它并不適合用于防止黑客入侵。PAC在通過網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)時，可以對數(shù)據(jù)加密。盡管目前這還不是需要考慮的第一因素，但是在將來它將是廠房內(nèi)分布式系統(tǒng)采用PAC的主要原因。

　　多種速度與多個循環(huán)的確定性應用

　　PLC只能以固定的速度運行，而且它并不是為能以不同循環(huán)速率獨立進行處理所設計的。但如今，復雜的控制系統(tǒng)中常需要多種速率的確定性應用，它需要有多個循環(huán)，每個循環(huán)以不同的速率運行。這就要求能進行并行處理，而只有在PAC上運行的操作系統(tǒng)才具有這樣的特性。

　　3、靈活堅固的結構

　　適合于工廠環(huán)境

　　選擇PLC的一個常見原因是它能在工廠的環(huán)境下正常工作。然而，絕大部分PLC是安裝在向列箱內(nèi)。然而在這樣的環(huán)境里，PXI平臺附加的冷卻裝置，堅固的外表面和增強的抗沖擊和振動指標都使系統(tǒng)具有和PLC相同的可靠性。

　　很強的擴展功能

　　工程師很希望使用柔性的自動化系統(tǒng)來滿足不斷更新的要求，所以他們需要控制系統(tǒng)具有模塊化、靈活性和伸縮性。PLC系統(tǒng)由于受到了I/O的限制，只能在數(shù)字和運動方面具有伸縮性，而PAC不僅具有PLC的伸縮性，而且您還可以在系統(tǒng)上增加視覺，模塊化儀器或高速模擬I/O。也可以通過以太網(wǎng)來使用多個PC并根據(jù)需要增加或減少PC的數(shù)目。

　　更新或更換模塊方便

　　對于現(xiàn)場工程師而言，最大限度地減小故障時間是非常重要的。在對控制系統(tǒng)進行更新或更換I/O模塊時，需要能最大程度地減少更換或增加模塊的工作量。PAC的模塊化特性滿足這方面的要求。

　　4、控制器

　　具備Pentium4處理器與G字節(jié)容量的RAM

　　由于采用了現(xiàn)有的硬件來構建基于PAC的系統(tǒng)，所以PAC控制器可使用Pentium4處理器并具備G字節(jié)容量的RAM，這樣可滿足對機器高速狀態(tài)進行監(jiān)控時需要高速的處理器和大容量內(nèi)存的要求。

　　信息存儲功能

　　PAC則可以根據(jù)指定的時間、方式和數(shù)據(jù)格式來記錄數(shù)據(jù)。如果無法保存和查看歷史信息，那么信息還有什么用呢?而PLC傳統(tǒng)上就缺乏數(shù)據(jù)記錄的功能。

　　數(shù)字I/O可以提供24V的電壓，高達500mA的驅(qū)動電流和光學隔離

　　傳統(tǒng)上，PLC平臺的數(shù)字I/O只能為工業(yè)傳感器和激勵器提供標準的電壓驅(qū)動電流。然而，新的如N1651x系列模塊的數(shù)字I/O則可以提供24V的電壓，高達500mA的驅(qū)動電流和光學隔離，并且它還具有看門狗定時器，可編程電源啟動狀態(tài)，用于提高安全性和可靠性的輸入濾波器等特性，而成本只有每通道5美元。

　　模擬輸入速率可高達每秒200M

　　目前某些PLC也具有模擬I/O模塊，但是它們的編程十分復雜而且不適合用于高分辨率和大數(shù)據(jù)量的應用。而PAC所提供的模擬輸入速率可高達每秒200M并具有24位的分辨率，這主要由于PCI總線技術速度快的原因，故可采用基于PC平臺來提供模擬I/O。

　　高達8軸的運動方式

　　在各種平臺中，特別是當您需要高于兩軸運動方式時，軟件起著主要的作用。在PXI平臺上的運動控制器可以提供高達8軸的運動方式，而且可以使用NI運動助手對系統(tǒng)進行輕松地配置。

　　視覺應用

　　數(shù)據(jù)傳輸速率是在PLC平臺上提供視覺功能的最大障礙。目前，無論是要自動監(jiān)測零件還是檢驗藥品的包裝，都可以在PXI平臺上使用用于視覺應用的模擬、數(shù)字和FireWire攝像機。可以在控制程序中集成多種視覺算法，如模式匹配，光學字符識別，顏色匹配，規(guī)格和顏色檢測。

　　通過各種工業(yè)化的現(xiàn)場總線提供互聯(lián)

　　和PLC類似，PAC可以通過各種工業(yè)化的現(xiàn)場總線提供互聯(lián)，如FOUNDATIONFietdbus，DeviceNet，CAN，Modbus，Ethernet，Profibus，串口等。

　　PAC不僅能作為分布式I/O模塊的主控設備，而且也可以作為從屬設備添加到已有系統(tǒng)中。

　　5、軟件

　　實時操作系統(tǒng)

　　在PAC平臺上可以使用如RTLinux，PharlapETS，QNX和VxWorks這些實時的操作系統(tǒng)(RTOS)。一般來講，實時系統(tǒng)的編程很困難，但是使用如LabVIEWRT這樣的軟件可以改變工程師開發(fā)實時系統(tǒng)的方式?，F(xiàn)在工程師可以把Windows上開發(fā)的程序下載到實時運載平臺上，如PXl控制器。

　　HMI(人機接口)的圖像顯示

　　特別是在混雜和過程控制工業(yè)中，大多數(shù)控制系統(tǒng)需要一個能連接控制系統(tǒng)的人機界面。一個HMI(人機接口)由一個觸摸屏組成，它可以包含一個嵌入式控制器也可以沒有。由于基于PAC的系統(tǒng)考慮到了用于I/O的相同控制器的使用，所以也就不需要添加額外的嵌入式控制器來實現(xiàn)HMI的圖像顯示。

　　容易的開發(fā)環(huán)境

　　雖然傳統(tǒng)的梯形邏輯編程非常適合于數(shù)字I/O的編程，然而對于處理模擬I/O、運動或視覺這種編程方式則十分麻煩。PAC可以用通用的語言編寫控制程序，為您提供了很大的靈活性，這些通用語言包括C，C，VisuaIBasic，LabVIEW甚至是傳統(tǒng)的梯形邏輯。

　　從上看出PAC與PLC功能之差異，其PAC可執(zhí)行較多的高級任務;

　　實時的振動分析、圖像處理.運動控制和CAN;

　　執(zhí)行自動調(diào)節(jié)的PID控制，或可調(diào)增益的PID控制.模糊邏輯;

　　使用內(nèi)置Web服務器、FTP服務器和e-mail功能進行通訊。

　　由于PAC能為您增加所需的PC功能以用于高級控制，實時分析或連接企業(yè)數(shù)據(jù)庫，而且同時保持了PLC的可靠性。如果您不只是需要集成數(shù)字I/O和運動控制，或者需要更快的計算機處理能力的話，PAC可能是非常好的選擇。為此，當今的工程師除了PLC控制外，其PAC不失為是一種最佳選擇，它正占領自動化領域，而PAC概念將在當今和未來的工廠自動化中發(fā)揮重要的作用。

　　未來相當長時間內(nèi)PLC仍是主流

　　在用戶和系統(tǒng)集成商之間，對于PAC的批評聲也不絕于耳。有人說，PAC相對于PLC來說價格高、可靠性低、可擴展能力差;還有人認為，PAC并沒有真正針對某種迫切的或潛在的市場需求，因此不免曲高和寡。許多工業(yè)用戶認為PLC簡單適用、價格低廉、穩(wěn)定可靠，大概可以滿足80%的工業(yè)控制要求。

　　其實早在20世紀90年代中期，PLC技術就曾面臨軟PLC/PC控制技術的挑戰(zhàn)，因此曾有人預言它將逐步退出工業(yè)自動化的歷史舞臺。而事實恰恰與之相反，過去10年內(nèi)，超小型和小型PLC的性能獲得了極大的提高，產(chǎn)量也大幅增長。

　　由于純邏輯控制和順序控制還有很大的市場，因此有專家認為，PAC很難取PLC而代之。高端PLC盡管受到PC和最近幾年出現(xiàn)的PAC的頻頻挑戰(zhàn)，但根據(jù)自身技術和產(chǎn)品的發(fā)展需要，通過全面引入計算機新技術和信息技術，PLC在工業(yè)控制中的核心地位依然不可動搖。PLC、PC和PAC會在很長一段時間內(nèi)，都共處于自動化市場，各有各的市場定向，PLC仍居主要地位。

　　但對于PAC的出現(xiàn)對于工業(yè)自動化領域的積極意義，業(yè)內(nèi)人士也表示，PAC的技術發(fā)展趨向，如統(tǒng)一的多專業(yè)開發(fā)平臺、通信技術等也會對PLC的技術發(fā)展施加有益的影響。